离心式喷嘴雾化参数的计算_杨建辉
离心式同向双旋流器空气雾化喷嘴雾化特性研究
文章编号 :100028055 (2009 ) 1022249206
航空动力学报
J our nal of Aer ospa ce Power
Vol . 24 No. 10 Oct . 2009
离心式同向双旋流器空气雾化喷嘴雾化特性研究
郭新华 , 林宇震 , 张 驰, 黄 勇
( 北京航空航天大学 能源与动力工程学院 航空发动机气动热力重点实验室 , 北京 100191)
摘 要 : 对一种组合式的离心式 同向双 旋流器空 气雾化 喷嘴喷 雾特性 进行研究 . 双 旋流器 采用旋 向相 同的径向开孔式设计 , 在常温常压下试验 ,研究不同空气 压力降和喷 嘴供油压 力工况下 液雾的索太 尔平均直 径及分布指数 . 试验中以航空煤油为介质测试其 雾化性能 ,采 用马尔 文激光 测雾仪 测量喷 嘴下游 50 mm 处的 液雾分布 . 结果表明 :随着空气压力降 和喷嘴 供油压 力的增 大 ,索 太尔平均 直径减 小 , 分布指 数增大 ,推 导了 在空气压力降 Δp/ p < 3 %和Δ p/ p > 3 %两种 工况下索太尔平均直径计算模型. 关 键 词 : 航空发动机 ; 离心喷嘴 ; 双旋流器雾化喷嘴 ; 航空煤油 ; 索太尔平均直径 ; 分布指数 中图分类号 : V231. 2 文献标识码 : A
图1 双旋流空气雾化喷嘴 雾化 过程 示意图
Fig11 Atomization process of dual2swirl cup air2bla st atomizer
流对油膜产生剪切破碎 ,这是主要的雾化过程 . 因 此 , 影响这种喷嘴雾化性能的主要参数有气液比 ( γ )、 喷 嘴 的 供 油 压 力 (Δ pL ) 、 空气压力 降 AL R ( Δ p/ p ) 、 以及喷嘴几何参数等 . 值得注 意的一点 就是随着空气压力降的大小不同 , 燃油的雾化机 理会有所不同 .
离心式喷嘴雾化参数的计算
化机 理仍 有 许 多 问 题 未 弄 清 楚 预估燃油雾化参 数仍缺少准确而完善的方法 P 通常有两种方法用来确定 M 一种是实验 NO测定 P 另一种是根据实验归纳的经验公式来计算
# J $ # ) $ 如& M NO_ { y ’ G p G t k G l 以及 ^ ‘ m c f ‘ 等 P 经验 公 式的应 用 有 一 定 的 适 用 范 围 因而在实际使用
M 0 式. Y c b X e C f S ^
图 C 油锥模型示意图 s C t r $ 7 K &+ $ 3u ; $ % $ & 6+ u # * v34 6 & ;
\ V ] X _ W Z[ \ ^
d
\ > \ \ > ] X_ ‘ a X[ ^
的 平均 轴向 速度 为 h 截面 \ ? [ \的 平 均 轴 向 速 w C 度 为 hw 忽 略 空 气 阻 力 时? 认为 h 与h 相 等! ? \ w C w \ 液体为定常不可压 ? 当喷嘴处于正常工作状态时 ? 单位时间内流过 C [C截面与流过 \ [\截面的质 量流量应该相等 ? 即有下列等式成立 Y
. E 0 M 0 的 线 性 稳 定 性 分 析. 方 法? 通过计算的方法求得
液膜破碎点的 \ 简化的油锥模型 ? 相对速度 o 与液膜厚度 Q R
图 C为简化的油锥模型示意图 ! 假定由喷嘴 出口流出的密度为 S F 的液体 在密度 为 S U 的 气体 中 雾 化? 在破碎前形成半锥角为 p 的空心锥形油 膜? F W A为 距 离 喷 嘴 出 口 处 的 液 膜 破 碎 长 度? A为 液膜破碎处距离喷嘴中心线的垂直距离 ? qA 为液 膜 破碎处 的径 向液膜 厚 度 ? @ A为 垂 直 于 扰 动 波 方 向的液膜厚度 e 如图中圆圈部分所示 f !截面 C [C
一种新型燃油炉的喷嘴设计及雾化效果分析
参数进行计算与校核 ， 根据几何参数 分析 雾化 效果。结果表 明： 喷嘴直径 ， 定段 长度 ， 稳 旋流 室直径 ， 喷嘴 内锥
角 ， 向槽数 目为个 、 切 宽度 、 深度 ， 能够符合喷嘴流量 、 喷雾锥 角及 雾化效果 的需求， 适用 于该燃 油炉。 关键词 ： 燃油炉 ； 离心 式喷嘴 ； 设计 ； 雾化质量
・
机 械 研 究 与 应 用 ・２２ 第５ （ 第１ １ ０ 年 期 总 ２０） １ １
应用与试验
一ห้องสมุดไป่ตู้
种 新 型燃 油 炉 的 喷 嘴 设 计 及 雾化 效 果 分 析
刘 文奇 ， 振 中 周
（ 警 工 程 大 学 ， 西 西安 武 陕 ７０８ ） １０ ６
摘
要 ： 据预 期技 术指标 ， 根 确定燃油炉喷嘴 类型 为简单 离心式喷嘴 。使 用经验公 式法， 选取经验 系数 ， 对喷嘴的几何
ａｏ ｚ ｒｆ ｗ ａｅ，ｔ ｅ ｓ ｒ ｙ ａ ｇｅ ａ ｄ ｔ ｅ ａｏ ｚ ｔ ｎ ｅｆ ｃ． ｔ ｍｉｅ ｏ ｒ ｔ ｈ ｐ ａ ｎ ｌ ｎ ｔｍｉ ｉ ｆｅ ｔ ｌ ｈ ａｏ
Ｋｅ ｒ ｓ ｉ ｆ ｒ ａ ｅ ｗ ｒ ａ ｏ ｚ ｒ ｅ ｉｎ；ａ ｏ ｚ ｔ ｎ ｑ ａｉ ｙ ｗｏ ｄ ：ｏｌ ｕ ｎ ｃ ；ｓ ｉｌ ｔ ｍｉｅ ；ｄ ｓｇ ｔ ｍｉａｉ ｕ ｌ ｙ ｏ ｔ
２ｍｍ ，ｔ ｔｂｌ ｅ ｇｈ ＝０． ６ｍｍ ，ｔ ｅ ｄｉｍｅ ｅ ｆｔ ｅ ｓ ｒ ｈ ｍｂｅ ＝５． ｈｅ ｓａ ｅ ｌ ｎ ｔ Ｚ ０ ｈ ａ ｔ ｒｏ ｈ ｗｉｌｃ ａ ｒＤ ５ｍｌ ｎ，ｔ ｔｍｉｅ ｏ ｅ ａ ｇ ｅ ：３ ｈｅ ａｏ ｚ ｒｃ ｎ ｎ ｌ ０。，ａ ｄ ｔ ｎ ｗｏ ｔｎｇ ｎｉ ｌｓｏ ｓ ａ ｅ ｔａ ｌｔ ，ｗｉｈ ｗｉｔ ｔ ｄ ｈ ｂ＝ １ ５ｍｍ ，ｄ ｔ ． ｅｐｈ ｈ＝０． ｍｍ ，ｔ ｅ ｅ ｆｃｏ ｓ ｃ ｕ ｄ ｍｅ ｔｔｅ ｎ ｅ ｆｔ ｅ ｏ ｌｆ ｒ ｃ ｔｍｉｅ ｎ ２１ ｈ ｓ ａ ｔｒ ｏ ｌ ｅ ｈ ｅ ｄｓｏ ｈ ｉ ｕ ｎａ ｅ ａｏ ｚ ｒ ｉ
离心喷嘴雾化特性的理论计算
离心喷嘴雾化特性的理论计算本文将探讨和分析离心喷嘴雾化特性的理论计算。
首先，摘要部分将概述本文的主要目的，并简要介绍离心喷嘴的基本特性。
其次，我们将列出关键词，如“离心喷嘴雾化”，“运动学理论”以及“数值模拟”，以便于更好地理解本文内容。
最后，在正文部分，我们将介绍离心喷嘴雾化方面的理论计算，包括基本的运动学理论、流体力学分析以及数值模拟。
同时，本文也探讨了在各种条件下喷嘴的不同特性，以及通过引入不同的物理参数来优化雾化效果。
最后，我们将对喷嘴雾化特性的理论计算结果进行总结和评价。
离心喷嘴雾化在业界具有许多实际应用，比如在制造工业中，离心喷嘴可以用来涂覆和平整表面，保护表面不受损坏。
此外，离心喷嘴也可以用于水质处理，通过形成雾化的水滴可以有效的去除有害物质。
此外，它还可以用于催化剂的分散，可以加速化学反应的速度。
再次，离心喷嘴还可以用于农业水文方面，帮助把水和气体分开，更有效地施肥和保护作物。
最后，离心喷嘴也可以用于飞机发动机喷气口，实现燃油消耗最小化、加速及降低噪声。
总之，离心喷嘴雾化技术可以应用于各种行业，大大提高生产效率和生产质量。
此外，离心喷嘴雾化技术还可以用于生物催化方面。
离心喷嘴雾化可以将生物催化剂有效地分散，从而使得生物催化反应更有效。
此外，离心喷嘴雾化还可以帮助减少材料和能源的消耗，以及提高反应的速率。
离心喷嘴雾化也可以帮助减少催化剂的污染，因为它可以有效的把催化剂分散到溶液中，而不是一次性使用大量催化剂。
此外，离心喷嘴雾化还可以用于飞行器载体上，帮助提高飞行器的性能、稳定性和效率。
正因为如此，离心喷嘴雾化技术在各行各业得到了极大的应用，从而改善了工作效率，提高了相关行业的竞争力。
总之，离心喷嘴雾化技术在工业、农业、航空公司以及其他行业中都得到了广泛的应用。
它能有效地提升生产效率，大大减少材料和能源的消耗，并为企业创造更高的利润。
此外，它还能有效地抑制污染4，降低对环境的影响，有助于推动绿色发展。
离心式喷嘴雾化特性的数值模拟
通 过 模 拟 计 算 得 到 了 喷 口 油 膜 的 轴 向 、切 向 、径 向
速 度 ，根 据 喷 雾 半 锥 角 的 计 算 公 式 ，经 过 数 据 处 理 可 以
得到流量与 喷 雾 半 锥 角 的 数 据 关 系，见 图 ３。 喷 嘴 半
锥角β 的计算公式如下［３］：
β＝ａｒｃｔａｎ（ｖ２径ｖ＋２轴ｖ２切
通过对不同燃油 流 量 模 拟 得 到 供 油 压 力 数 据，将 其 与 试 验 数 据 比 较 ，见 图 ２。
从图 ２ 中可 以 看 到 ：随 着 流 量 的 增 加 ，供 油 的 压 力 也在不断增加 ；计 算 值 低 于 试 验 值 ，这 是 因 为 模 拟 计 算 是基于燃油 的 进 口 流 量 进 行 的，得 到 的 结 果 是 喷 口 处 的，而试验的测 压 点 一 般 是 在 输 油 管 上 ，是 包 括 了 沿 程 压力损失和局部压力损失的，喷口处的压力应该低于测 试点的，所以模拟结果是相对准确的。
的喷雾锥角是在喷嘴下方８０ｍｍ 处的位置，此处喷雾
炬 已 有 较 大 的 收 缩 ，所 以 计 算 得 到 的 结 果 较 大 。
下，试验值和计 算 值 非 常 接 近 ，可 以 认 为 在 小 流 量 或 低 压的情况下 ，喷 口 的 雾 化 性 能 比 较 弱 ，喷 雾 炬 没 有 完 全 打开，所以随着出口距离的变化，锥角变化不大。
本文使用的燃油 喷 嘴 为 单 油 路 离 心 式 喷 嘴，燃 油 在 油 压 作 用 下 通 过 喷 嘴 内 的 旋 流 槽 ，产 生 旋 转 ，以 旋 转 液膜的形式喷出喷口，液 膜 在 离 心 力 作 用 下 在 喷 口 处 形 成 空 心 锥 ，并 与 空 气 相 互 作 用 产 生 微 小 的 油 珠 。
离心式喷嘴雾化参数的计算_杨建辉
足最大流量原理[ 1] 的关系式求出, r cp 垂直半径,
其值为 rcp = ( rc+ rm) / 2. 0, 喷嘴出口处气液间的
相对速度 U1可以根据喷嘴出口前后的压降 P
求出, 同时假定在截面2- 2时的气液间的相对速
度 U 2与 U 1 相等。L b 为锥形液膜的破碎长度, 可由
摘要: 根据液膜破碎的线性稳定性分析的结果及离心 式喷嘴锥形液膜破碎长度的经验公式, 由离心式喷嘴 的 结构参数和简化的 流动模型, 计 算确定锥形液膜破 碎厚度 hb, 进而计算索 太尔平均直径 SM D 。计算结果与实 验及有关经验关系式计算的结果相符合。本文所提出的计算方法可用于离心式喷嘴雾化参数的预 估。 关 键 词: 航空、航天推进系统; 离心式喷嘴; SM D ; 雾化参数计算 中图分类号: V 233. 2+ 2 文献标 识码: A
为3. 0。 为液体的表面张力系数, L , g 分别为液
体与气体的密度。h 为喷嘴出口处的液膜厚度, 其
值为 h= rc- rm。当喷嘴的工作状态参数确定后,
假定锥形液膜破碎长度 L b 在整个圆周上保持为
一个定值, 即 r b 沿周向不变, 同时假定液膜破碎
厚 度 H b 沿周向不变。由公式( 5) ～( 8) 可以求得
在破碎点处的液膜厚度 hb。
以上的推导计算出了理想情况下的 SM D。实
际工程应用时计算空心涡的半径 rm 需要进行修
正, 因此按文献[ 9] 根据修正的几何特性参数 A
计算空心涡的半径 rm。同时实际过程中液滴在空
气中运动时受到空气的阻力, 而液膜破碎点的相
对速度 U 对破碎后的液滴大小有重要的影响, 根
r = - 2 lk2 +
喷头的雾化指标计算公式
喷头的雾化指标计算公式在日常生活中，我们经常会接触到各种喷头，比如淋浴喷头、喷雾器、洒水喷头等。
而这些喷头的雾化效果往往是我们选择喷头的重要考量因素之一。
雾化效果好的喷头可以让水流更加柔和，更加节水，更加舒适。
那么，如何来衡量一个喷头的雾化效果呢？这就需要用到雾化指标计算公式。
雾化指标计算公式是一种用来衡量喷头雾化效果的数学公式，通过对喷头的一些参数进行计算，可以得出一个数值来表示喷头的雾化效果。
这个数值越大，表示雾化效果越好。
下面我们就来介绍一下雾化指标计算公式的具体内容。
首先，我们需要了解一下喷头的一些基本参数，这些参数包括出口直径、出口速度、出口压力等。
这些参数可以通过实际测量或者喷头生产厂家提供的技术参数来获取。
有了这些参数，我们就可以开始计算雾化指标了。
雾化指标的计算公式如下：雾化指标 = (出口速度出口直径) / 出口压力。
其中，出口速度是指水流从喷头出口喷射出来的速度，通常以米/秒来表示；出口直径是喷头出口的直径，通常以毫米来表示；出口压力是指水流从喷头出口喷射出来时的压力，通常以帕斯卡（Pa）来表示。
通过这个公式，我们可以得出一个数值，这个数值就是喷头的雾化指标。
当这个数值越大时，表示喷头的雾化效果越好。
因此，我们在选择喷头时，可以通过比较不同喷头的雾化指标来选择最适合自己需求的喷头。
除了雾化指标计算公式，还有一些其他的参数也可以用来衡量喷头的雾化效果，比如雾化度、雾化颗粒大小等。
这些参数可以通过实验室测试或者相关仪器来获取，但是相对来说比较复杂和专业。
而雾化指标计算公式则是一种比较简单易行的方法，可以在日常生活中进行简单的测量和计算。
需要注意的是，雾化指标计算公式只是衡量喷头雾化效果的一种方法，不同的喷头可能会有不同的适用范围和实际效果。
因此，在选择喷头时，除了参考雾化指标之外，还需要考虑到实际使用情况和个人需求，选择最适合自己的喷头。
总之，雾化指标计算公式是一种简单易行的方法，可以帮助我们衡量喷头的雾化效果。
离心式雾化喷嘴参数优化分析
Ｆ ｄ ＝ ｐ
第 ２ ２卷
２４
。
（ ６ ）
式中， 为液滴质量曳力 ， Ｎ ； 为液滴速度 ， ｍ ； 为流体的动力黏度 ， Ｐ ａ ・ ｓ ； ｄ 为粒径 ， ｍ ｍ； 为曳力 系数 ； Ｆ 为其他作用力 ， Ｎ 。 对于离散相颗粒轨道， 可通过求解如下方程得出
碎模 型 （ Ｔ ａ ｙ ｌ ｏ ｒ ’ ｓ Ａｎ ａ ｌ ｏ ｇ ｙ Ｂ ｒ ｅ ａ ｋ ｕ ｐ Ｍｏ ｄ ｅ １ ） ， 它 是 在 雾
滴振荡 以及变形 与弹性质量系统之 间进行 泰勒类 比
得到 的 。
Ｚ
Ｆ－ ｋ — ｄ ｄ ｘ
＝ｍ
粤
，
（ ８ ）
（ ９ ）
批 ｏ ｆ ＼ （ ＼ Ｉ Ｘ ＋ 垃 Ｏ ＇ ｋ ／ ） ０ ｘ） ＋ Ｇ Ｇ ６ 一 Ｙ Ｍ ＋ Ｓ ｋ；（ ３ ）
ｉ ／
布。离心喷嘴依靠旋转离心来增大流速 ， 使得压力水 通过旋流室加速 ， 从而在喷口汇集喷出， 因此旋流室 内部流 线呈 螺旋 状分 布 。
耗 散率 方 程 ：
离散 相 轨迹 ：
ｄｘ
丁
＝ 。
（ ７ ）
图 １ 离心 式 喷 嘴 结 构
Ｆ ｉ ｇ ． １ Ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ｏ ｆ ｃ ｅ ｎ ｔ ｒ ｉ ｆ ｕ ｇ ａ ｌ ｎ ｏ ｚ ｚ ｌ ｅ
对 于 破 碎模 型 ， 采用 Ｒ ｏ ｕ ｒ ｋ ｅ等 ｆ ｌ ８ １ 提 出的 Ｔ Ａ Ｂ破
为 了研 究 喷 嘴 出 口半 径对 喷 嘴 内部流 场 的影 响 ，
： ０ ；
Ｏ Ｘｉ
连续 性方 程 ： 韭 ＋
ｄ
离心式喷嘴一次破碎与二次雾化的数值模拟
离心式喷嘴一次破碎与二次雾化的数值模拟
徐文;高新妮;胡保林;杨建文;杨斌;王莹
【期刊名称】《火箭推进》
【年(卷),期】2022(48)4
【摘要】离心式喷嘴具有轴向较大的旋转速度分量,在其诱导下会产生空气芯,使得喷嘴出口处产生空心锥液膜。
空心锥液膜会发生一次破碎和二次雾化,流动行为较为复杂。
采用流体体积函数转换成离散相模型(VOF-to-DPM)这种结合了流体体积法和欧拉—拉格朗日方法的多相流模型,并结合自适应网格细化方法,针对双切向孔离心式喷嘴雾化流场特性展开研究。
分析了空心锥液膜的产生、发展到发生一次破碎和二次雾化的全过程。
结果表明:基于VOF-to-DPM多相流模型模拟所得喷嘴雾化角与实验所测得雾化角基本吻合,验证了所提数值模型的可靠性;计算过程中自适应网格的存在可以更加准确地模拟液膜的形成;空心锥液膜从发展到发生一次破碎的过程中,随着质量流量的增加而更加稳定;液膜二次雾化所产生的液体颗粒总数随着质量流量的增加而减少,且颗粒粒径大小分布更加均匀。
【总页数】8页(P13-20)
【作者】徐文;高新妮;胡保林;杨建文;杨斌;王莹
【作者单位】上海理工大学能源与动力工程学院;西安航天动力研究所
【正文语种】中文
【中图分类】V19
【相关文献】
1.离心式雾化喷嘴的数值模拟
2.离心式喷嘴雾化特性实验研究与数值模拟
3.双组元离心式喷嘴外喷嘴流动数值模拟分析
4.离心式喷嘴雾化特性的数值模拟
5.离心式喷嘴雾化特性的数值模拟
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离心式细水雾喷嘴结构设计和参数优化
不 可 压 流体 ， ｐ 保持不变 ， 动 压 的 大 小 与 速度 平 方成 正 比。 流体 的 流动 过 程 实 际 上 就 是 能 量 的转 换 过 程 ， 能 量 由压
力 势 能 转换 为 流体 的动 能 ， 具体表现就是 速度增加 ， 反 映 在 压 力 上 就 是 动 压 增 加 。在 能 量 交 换 的 过 程 中 存 在 损 失， 喷 嘴 的 压 力 损失 越 小 ， 出 口速 度 越 大 。 根 据 喷 嘴 中 心
雾 有 吸收 作 用 ， 细 水 雾 可 以 大 大 降 低 火 灾 中 的烟 气 体 积 百 分 比及 毒 性 ； 因液 滴 吸 热 ， 能 冷却 火 场 温 度 。细 水 雾 喷
头 是 细 水 雾 灭 火 系 统 的关 键 部 件 之 一 ， 其 良好 的 雾 化 性
３ ． １ 喷嘴 流 场 压 力 分 布
对 于 流 动状 态 的 流 体 ， 压 强 分 为 静 压 和 动 压 。 对 于
能 和持 续 工 作 性 能 是 灭 火 的保 证 。喷 嘴 内部 流 体 的 流 动 状 况 取 决 于喷 嘴 的结 构 尺 寸 ， 并 决 定 了喷 嘴 的 出 口流 态 ， 而 喷 嘴 的 出 口流 态 直 接 影 响 其 雾 化 效 果 和 细 水 雾 场 的 使 用 效率 。 目前 ， 有研究者利用 Ｆ Ｉ ＵＥ Ｎ Ｔ 软 件 对 高 压 水 射
究 尚少 ， 笔者 选用 Ｆ Ｌ ＵＥ Ｎ Ｔ 中的 Ｒ Ｎ Ｇ忌 一￡ 模型 ， 对 喷 嘴 内部 流 场 进行 了数 值 模 拟 ， 分 析 了 流 体 运 动 速 度 与 压 力 分 布情 况 ， 获 取 常见 的 喷 嘴 中最 佳 喷嘴 几 何 结 构 。
喷嘴雾化
∆P ( psi )
NukiyamaNukiyama-Tanasawa:
dN = ad i2 exp − bd in d (d i )
正态分布： 正态分布：
dR δ = exp − δ 2 y 2 dy π
[
]
[
]
y = ln(d i / SMD) δ 为常数
§3-1 喷嘴
一、直射式喷嘴
1、结构 、
(nρ
f
πr
2 in
)
不计粘性时，流体的动量矩守恒，故有
m f u in Rs = m f uθ r 或 u in R s = uθ r
轴向速度
由于空气核的存在，燃油在喷嘴出口处的实际流 通面积为一圆环形，其值为
F = π ( r02 − ra2 )
取轴向长度为1的环形微元 体，其质量为 dm = 2πrdrρ f 微元体旋转时产生离心力正好 与径向压力差相平衡，故有
u x = const.
（与r无关）
以“空穴率”表示喷孔内空气核的大小，用ε表 示 2 2 2
r0 − ra ra ε= = 1− 2 2 r0 r0
据连续方程
ra = r0 1 − ε
2 nrin u x = 2 uin ε r0
取进口与燃油和空气核的交界面列如下方程：
1 1 2 2 ρ f uθ a + ρ f u x = H 0 − p∞ = ∆H 柏努利方程： 2 2 Rs 动量矩守恒： uθ a = uin r a u xε r02 连续方程： uin = 2 nrin
d2 =
Σd i N0
2
3、按油珠体积求出的平均直径
d3
Σd d3 = 3 N0
3 i
离心式喷嘴雾化特性的数值模拟
型 （ 括 碰撞 和破 碎 模 型 ） 踪 液 滴 运 动 轨 迹 ， 非 定 常 流 动 计 算 喷 雾 液 滴 在 喷 雾 流 场 中的 雾 化 情 况 。模 拟结 果 给 出 了 喷雾 流 包 追 按 场 随 着 时 间的 变 化 规律 ， 到 并 分 析 了喷 射 压 差 、 量 和 喷 雾 锥 角 对 雾 化 液 滴 尺 寸 、 穿 距 的 影 响 ， 值 模 拟 得 到 的结 果 与 实 得 流 贯 数
了有力 的参考 。
喷 嘴是 水下 航 行器 燃 烧室 的重要 部 件 ， 料 的 燃
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ａ ｕ ｒｃ ｌｉ ｖ ｓ ｉ ａ ｉ ｎ ｗｉ ＬＵ ＥＮＴ ｓ ｐ ｒ ｏ ｍ ｅ ｏ ｅ ｐ ｏ ｅ ｔ ｅ ｃ ａ ａ ｔ ｒｓ ｉ ｆｓ ｒ ｙ ｓ ｒ ｃ ： ｎ ｍｅ ｉａ ｎ ｅ ｔ ｔｏ ｔ Ｆ ｇ ｈ ｉ ｅ ｆ ｒ ｄ ｔ ｘ ｌｒ ｈ ｈ ｒ ｃｅ ｉｔ ｏ ｐ ａ ｃ
ｓｍ Ｕ ａ ｉ ｎ ｉ 】 ｔｏ
士 丘 Βιβλιοθήκη 本 文 采用某 型水 下航 行 器燃烧 室 的锥 阀离 心式
喷嘴 为研究 对 象 ， 设定 燃烧 室结 构 的情形 下 ， 用 在 利 Ｃ Ｄ 软 件 Ｆ ｕ ｎ 建立 三 维 Ｃ Ｄ数 值 计 算模 型 ， Ｆ ｌｅ ｔ Ｆ 对 喷嘴 的 喷雾 流 场进 行 数 值模 拟 ， 为喷 嘴 的设 计 提 供
Ｖｏ【 ．３５ Ｎｏ ７ ． ． Ｊ ｌ２ １ ｕ ，００
火 力 与 指 挥 控 制
Ｆｉｅ Ｃｏ ｔｏ ｒ ｎ ｒ Ｉ＆ Ｃｏ ｍａ ｄＣｏ ｔｏ ｍ ｎ ｎｒｌ
第 ３ ５卷
第 ７期
了
２１ ０ ０年 ７月
文章 编 号 ： ０ ２ Ｏ ４ （ Ｏ Ｏ Ｏ — １ ７０ １０ 一６ Ｏ ２ １ ）７０ ４— ４
喷嘴雾化
燃油的雾化机理 几种航空发动机中常用喷嘴结构、特性， 重点:离心喷嘴
§3-2 燃油雾化机理
一、雾化机理 1、一般现象描述
2、液珠破碎条件
表面张力＜气动力
表面张力 4 f
d0
气动力 q ava2
2 如果δ=q，则：
气动力 表面张力
ava2d0 8 f
ux
1
A2 2
1
2H / f
2H / f
1
为轴向速度系数
流量和流量系数
m f ux r02 f r02 2H f r02 2H f
1/
A2
1
1
2
为流量系数
1/
A2
1
1
2
最大流量原理
u
2 x
1 2
f u2
pin
1 2
f
ui2n
H0
const.
根据连续方程，燃油在切向孔内的流动速度为
uin mf n f rin2
不计粘性时，流体的动量矩守恒，故有
m f uin Rs m f u r 或 uin Rs u r
轴向速度
由于空气核的存在，燃油在喷嘴出口处的实际流 通面积为一圆环形，其值为
积分得
const.
p
f
1 2
u2
dr r
const.
du u
dp f u du
ux const. （与r无关）
以“空穴率”表示喷孔内空气核的大小，用ε 表
示
r02 ra2 1 ra2
离心式喷嘴雾化特性的数值模拟
度 较 大 。随着计 算机 和数 值计 算 的发展 ， Ｆ Ｃ Ｄ软 件计 算 越来 越 多地应 用在 燃油 喷嘴 的设计 与研 究领 域 。数 值 模 拟研 究 的方法 不仅 弥补 了试验 研究 时喷 嘴的过 程 短暂 不便 观察 的缺 点 ， 以 直接 显 示 各 参数 的影 响 作 可
Ｚ ＨＡＮＧ ｎ －ｈ ．ＬＩＸｉ－ｕ ｚ Ｑｉｇｓ ｕ ｕｊ ｎ ，ｗ Ｕ － ａ ｓ Ｌｉ ｏ ，ＬＩＪｎ －ｈ ｕ 。ＨＵ ａ 。 ｈ ｉｇｚ ｏ 。 Ｃｈ ｏ
（ ．Ｃ ｌ ｏ ｌ ｇ Ｐ ａ ｔ ｆ ｈ ｎ ｈ ｉＭｅ ｈ ｎ Ｉ ｎ ａ ｄ Ｓ ｅ ｌ ｏ ，Ｌ ｄ ，Ｎａ ｊ ｇ ２ ０ ３ ，Ｃ ｉａ ．Ｃ ｌ ｌ ｄ ｓ ｅ ｔＰ ａ ｔ ａ ｓｅ １ ． ｔ １ ｏｄ Ｒ ｌ ｎ ｌ ａ ｇ ａ ｉ ｎ ｏＳ ｉ ａ ｒ ｎ ｔｅ Ｃ ． ｔ ． ｓ ｏ ｎ ｉ １ ０ ９ ｈ ｎ ，２ ｏｄ Ｒｏｌ ｈ ｅ １ｎ ，Ｂ ｏ ｔ ｅ Ｃ ，Ｌ ｄ ｎ ｅ Ｏ
阳 ： 阳航 空 工 业 学 院 ，０ ０ ２一５ 沈 ２ １ ：Ｏ２ ． ［ ３ 于 勇 Ｆｕ ｎ 入 门 与 进 阶 教 程 ［ ． 京 ： 京 理 工 大 学 ２ ｌｅｔ Ｍ］ 北 北 出版社 ２０ ８． ０
．
，
４ 结 论
［ ］ 孔德 英 雷 勇 ． 动 机燃 烧 室 离 心 式 喷 嘴 喷 雾 角 的 数 值 仿 ３ 发
第 ４期 （ 第 １ ３ ） 总 ７期
２１ ０ ２年 ８月
机 械 工 程 与 自 动 化
ＭＥ ＣＨ ＡＮＩ ＣＡＬ ＥＮＧＩ ＮＥＥＲＩ ＮＧ ＆ ＡＵＴ０Ｍ ＡＴＩ ＯＮ
Ｎｏ． ４ Ａｕ ｇ．
文 章 编 号 ：６ ２６ １ （０ ２ ０— ０ ８ ０ １７ — ４ ３ ２ １ ）４ ０ ５— ２
谈离心式喷嘴加工工艺
关键词：喷嘴；加工工艺；性能分析引言离心式喷嘴在液体火箭发动机中大量应用，主要作用是对氧化剂和燃料进行流量分配、雾化、混合，使推力室或发生器具备燃烧和膨胀做功的基本条件。
流阻特性和雾化特性作为喷嘴液流试验重点考察性能要求，是喷嘴制造过程中需要重点控制的关键环节。
1喷嘴加工工艺喷嘴材料设计选材为1Cr18Ni9Ti不锈钢，其组织类别为奥氏体型，由于该类型不锈钢具有优异的耐蚀性、成形性、相容性以及在很宽温度范围内的强韧性等系列特点，在航天领域应用十分广泛，我国生产非常成熟，一般对其热处理是进行固溶，根据需要进行稳定化处理。
1.1喷嘴加工性能分析不锈钢热处理前后均可进行加工，具体到喷嘴，因其尺寸较小，所以可选用进行热处理后奥氏体状态加工工艺。
由于其伸长率较大，喷嘴完全可以采用冷收口的工艺进行加工。
由于该材料加工时发粘，对刀具和机床转速都有要求，尤其是针对小孔的钻削工序更应引起重视。
1.2加工工艺风险、难点因喷嘴切向孔孔径较小，材料又是不锈钢，切削时发粘，这样加工成的小孔的形状精度、孔内粗糙度等将会影响喷嘴的流量，因此，微小切向孔的加工可确定为加工难点。
对加工中难点都要进行仔细分析，试加工，严格控制两道工序。
2喷嘴加工工艺设计、确定2.1喷嘴壳体的加工过程工艺工序见图1。
2.2喷嘴技术要求①有配合要求的圆柱面或工作面同轴度要求0.03-0.05mm；②圆柱面与轴垂直度要求≤0.05mm；③切向孔孔径公差一般为+0.02mm。
2.3壳体粗、精车①壳体加工采用软爪装夹定位，定位时控制径向、轴向的跳动量在0.03mm内。
②燃料或氧化剂经过的腔体尽量一次装夹加工完成，以保证各液流腔体平滑过渡及各腔的同轴性；对于一次装夹加工困难，需要倒头对接的，在加工后，需先采用钻头或铰刀将内腔交接处的毛刺去除，然后采用砂纸进行打磨，保证对接棱边，无划痕、毛刺。
③喷嘴采用数控精密小车，是为小型轴类零件、盘类零件的高效率生产而开发的精密数控设备。
离心式雾化喷嘴结构优化设计
离心式雾化喷嘴结构优化设计发布时间：2021-05-07T10:53:24.177Z 来源：《科学与技术》2021年29卷第3期作者：王阳王萌[导读] 针对给定设计条件下的离心式雾化喷嘴进行了结构优化设计Structure Optimization Design of Centrifugal Atomizer王阳王萌北京航天石化技术装备工程有限公司北京市大兴区 102600摘要：针对给定设计条件下的离心式雾化喷嘴进行了结构优化设计，分别对比分析了螺旋槽数、螺旋槽截面、整流锥形状、出口直径等几何参数对介质出口特性的影响。
结果表明，对于不同结构的雾化喷嘴，流通面积等比例增大或螺旋槽头数增加时，流阻增加导致出口流速增大。
关键词：离心式喷嘴仿真模拟结构优化1 概述喷嘴广泛应用在液体、气液、液固、气固等介质的雾化喷射中，并被成功应用于工业清洗、断面切割、石油开采、蒸汽冷却、喷涂、燃烧等领域[1-5]。
喷嘴按其形状可分为圆柱形、扇形、异形等多种结构。
以圆柱形水射流离心式雾化喷嘴为例，液态水在喷嘴入口处形成螺旋状流动状态，到达喷嘴出口前已形成低压涡流区，在喷嘴出口处高速射流产生闪蒸、空化等现象，实现液态水的雾化效果。
本文将针对给定设计条件下的离心式雾化喷嘴进行结构设计，并通过数值计算的方式分别对比分析螺旋槽数、螺旋槽截面形状、整流锥形状、出口直径等几何参数对雾化介质的影响。
2结构设计离心式雾化喷嘴主要有两部分组成，离心器和离心室。
其中，离心器头部有一整流锥。
离心式雾化喷嘴结构及关键尺寸如图1所示。
图1离心式雾化喷嘴结构及关键尺寸示意图设定离心式喷嘴额定流量系数Cv为0.3和0.42，针对螺旋槽数、螺旋槽截面、整流锥形状和流量系数设计了5组不同结构形式，如表1所示。
3仿真设置为了研究几何结构对介质出口特性的影响，针对A~E 五种结构，设置边界条件为入口压力为0.5MPaG，出口压力为0MPaG，环境常压，液态水温度20℃、密度1000kg/m3。
离心式喷头参数
离心式喷头参数
离心式喷头是一种常用的水喷头,其主要参数包括:
1. 流量(Flow Rate):离心式喷头的流量通常是按照每分钟一定范围内进行调节的,不同类型的离心式喷头的流量范围也不同。
2. 压力( Steam temperature ):根据喷头的类型和设计,离心式喷头的压力也不同,通常在 70-120 个大气压之间。
3. 温度(Steam temperature):离心式喷头的温度通常也是根据喷头的类型和设计进行调整的。
4. 射程(落水管径):离心式喷头的射程通常也是按照一定范围内进行调节的。
5. 孔径( opening):不同类型的离心式喷头的孔径也不同,通常可以根据打印材料的大小和形状进行调整。
6. 速度(Flow Speed):离心式喷头的速度也可以通过控制流量和压力进行调整,通常要根据打印速度和打印图案的大小进行设置。
7. 维护结构:离心式喷头通常具有维护结构,可以方便地进行维修和更换。
以上是离心式喷头的一些主要参数,具体的参数还需要根据具体的喷头型号和应用场景进行调整。
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半经验公式( 8) 求得。
对于离心式喷嘴, Han et al 给出的模化的锥
形液膜破碎长度 L b 的半经验公式[ 9]离心式喷嘴雾化参数的计算
8 01
l hln( / 0) cos 0. 5
Lb = C
2 g
U
2
( 8)
式( 8) 中 C 为经验常数, 其值在文献[ 9] 中的取值
在破碎点处的液膜厚度 hb。
以上的推导计算出了理想情况下的 SM D。实
际工程应用时计算空心涡的半径 rm 需要进行修
正, 因此按文献[ 9] 根据修正的几何特性参数 A
计算空心涡的半径 rm。同时实际过程中液滴在空
气中运动时受到空气的阻力, 而液膜破碎点的相
对速度 U 对破碎后的液滴大小有重要的影响, 根
r = - 2 lk2 +
4
2 l
k4
+
Q u2k2 -
k3 ( 1)
l
其中: r 为破碎时液膜表面扰动波振幅达到的最
大增长率, k 为对应于扰动波振幅达到最大增长
率时扰动波的波数, 由式( 1) 最大值成立的条件可
求出 k 的值。Q 值是 g / L 的比值, l 为液体的运
动粘性系数, U 为破碎处的气液间的相对运动速
1 根据线性稳定性分析, 由液膜 厚度 hb 确定液滴的平均直径
Senecal P K , Schm idt D P[ 6] 等人认为在液膜 表面, 当扰动波振幅达到最大增长率时, 液膜开始 破碎。根据对液膜表面波的线性稳定性分析及解 的分布关系式, 当液体密度 L 气体密度 g 时, 得出了粘性液膜最大增长率 r 与 k 的关系表达 式[ 6] :
直径 SM D。如果已知液膜开始破碎处的液膜厚度
hb 以及破碎处气液间的相对速度 U , 结合线性稳
定性分析所列出的公式( 1) ～( 4) 就可求出液膜破
碎为液滴时液滴的平均直径, 即 SM D。
2 简化的油锥模型, 液膜破碎点的 相对速度 U 与液膜厚度 hb
图1为简化的油锥模型示意图。假定由喷嘴出 口流出的密度为 L 的液体在密度为 g 的气体中 雾化, 在破碎前形成半锥角为 的空心锥形油膜, L b 为距离喷嘴出口处的液膜破碎长度, rb 为液膜 破碎处距离喷嘴中心线的垂直距离, H b 为液膜破 碎处的径向液膜厚度, hb 为垂直于扰动波方向的 液膜厚度( 如图中圆圈部分所示) 。截面1- 1的平
摘要: 根据液膜破碎的线性稳定性分析的结果及离心 式喷嘴锥形液膜破碎长度的经验公式, 由离心式喷嘴 的 结构参数和简化的 流动模型, 计 算确定锥形液膜破 碎厚度 hb, 进而计算索 太尔平均直径 SM D 。计算结果与实 验及有关经验关系式计算的结果相符合。本文所提出的计算方法可用于离心式喷嘴雾化参数的预 估。 关 键 词: 航空、航天推进系统; 离心式喷嘴; SM D ; 雾化参数计算 中图分类号: V 233. 2+ 2 文献标 识码: A
度。
dL =
16( hb/ 2. 0) k
( 2)
式中: dL 为液膜破碎为液丝时, 液丝的直径; hb 为 液膜破碎处的液膜厚度。
kL dL =
1 2
+
2(
3 1 d L ) 1/ 2
- 1/ 2
( 3)
式中 kL 由式( 3) 确定。
d
3 D
=
3
d
2 L
kL
( 4)
式中 dD 为液滴的平均直径, 即求得的索太尔平均
该相等, 即有下列等式成立:
l×
×
(
r
2 c
-
r
2 m
)
× U a1
=
2 × l × rb × H b × U a2
( 5)
其中:
r b = L b × sin + rcp
( 6)
hb = H b × cos
( 7)
式中: rc 是已知的 喷嘴出口处的孔半径, rm 按照
离心式喷嘴几何特性 A 与其出口孔有效面积满
收稿日期: 2003- 01- 29; 修订日期: 2003- 03- 25 作者简介: 杨建辉( 1972- ) , 男, 湖南桃源人, 北京航空航天大学能源与动力工程学院硕士, 主要从事燃烧研究.
80 0
航空动力 学报
第 18 卷
未 用 于 分析 锥 形 液 膜。G rif fen 与 Muraszew[ 7] 、 Simm ons 与 Harding[ 8] 、Rizk 与 lef ebvre[ 4] 等人 给 出了求解喷嘴出口处液膜厚度的公式, 但是如何 求解液膜破碎点的厚度 hb 却没有涉及。本文针对 离心式喷嘴油锥运动的简化模型, 运用连续性方 程, 直接由离心式喷嘴的特性参数和工作状态参 数, 按照离心式喷嘴几何特性 A 与其出口孔有效 面积满足最大流量原理的关系式[ 1] , 结合 Han et al[ 9] 给出的模化的锥形液膜破碎长度 L b 的半经验 公式, 确定锥形液膜破碎点处液膜厚度 hb; 再借鉴 Senecal P K, Schmidt D P 等人关于液膜破碎的线 性稳定性分析[ 6] 方法, 通过计算的方法求得该喷 嘴雾化时的 SM D。
据:
U 理论 = Cd × U 实际
( 9)
由实验确定速度修正系数 Cd 的大小, 并假定
测量截面的速度 U 与破碎点的速度 U 大小相等。
3 实验与计算结果的分析对比
以某双油路离心式喷嘴的副喷嘴 为研究对
象, 对它的雾化参数 SM D 进行了实验与计算。该 离心式喷嘴的理想几何特性参数 A = 2. 67, 喷嘴 油流出口半径 rc= 0. 8 mm 。油从切向流入喷嘴涡 流室, 进口孔口的中心线与油流出口的中心线成 60°的角度。以水作为液体介质, 10℃时水的物性 参数[ 10] 为: 液体密度 L = 1000 kg / m3 , 表面张力 系数 = 0. 07416 N / m, 动力粘 度 L = 1. 306 × 10- 3 kg/ m s, 运动粘性系数 L = 1. 306×10- 6m2 / s。10℃时的空气密度 g= 1. 247 kg / m3。对副油路 喷嘴在压降 P 为0. 8 M Pa～1. 60 M Pa 下的雾化 情况进行了实验研究, 采用 PDA 相多谱勒测速测 粒仪测量该离心式喷嘴雾化时的索太尔平均直径 SM D 及 粒 子 通量 FLUX 。由 于 实 验 中 测 量 的 SM D 是喷雾 场当地的值, 它在喷嘴下游某 个截 面上, 随径向距离 L 变化而变化, 而计算时所求 得的 SM D 是雾化破碎时整个喷嘴喷雾场的 SM D。因此将实验时不同点处的 SM D 在该测量 截面上沿径向按通量进行加权平均, 求得该截面 喷雾场的平均 SM D。
足最大流量原理[ 1] 的关系式求出, r cp 为喷嘴出口
处液膜厚度中心点距离喷嘴中心线的垂直半径,
其值为 rcp = ( rc+ rm) / 2. 0, 喷嘴出口处气液间的
相对速度 U1可以根据喷嘴出口前后的压降 P
求出, 同时假定在截面2- 2时的气液间的相对速
度 U 2与 U 1 相等。L b 为锥形液膜的破碎长度, 可由
第18卷 第6期 2003 年 12月
航 空动力学报
Journal of Aerospace Power
文章编号: 1000-8055( 2003) 06-0799-04
离心式喷嘴雾化参数的计算
Vol. 18 No. 6 Dec. 2003
杨建辉, 樊未军, 杨茂林
( 北京航空航天大学 能源与动力工程学院, 北京 100083)
Key words: aerospace propulsion syst em ; pressure-sw irl at omizer; SM D; at omizat ion paramet er calculation
良好的燃油雾化能减小油滴直径, 增大燃油 的蒸发速度和燃烧速度, 提高燃烧效率, 改善点火 和火焰稳定性能, 提供合适的出口温度分布。长期 以来, 离心式喷嘴的雾化特性获得了比较深入地 研究, 如阿勃拉莫维奇早就提出了离心式喷嘴几 何特性与其出口孔有效面积满足最大流量原理的 关系式[ 1] , 并从数学推导上给予了证明; G rant 与 Middleman[ 2] , Sallam et al[ 3] 等人进行了实验研究 并归纳出特定试验条件下计算液膜破碎长度 L b 的经验关系式。然而燃油在离心式喷嘴中的雾化
A Calculation of Spray Parameters of Pressure-Swirl Atomizer
YANG Jian-hiu, F AN Wei-jun, YANG Mao-lin
( Beijing Universit y of Aeronautics and Astronaut ics, Beijing 100083, China) Abstract: Based on t he results of t he linear stability analysis and t he ex periment al correlation of conical liquid sheet break-up leng th of pressure-sw irl at omizer, combined w it h the st ructure parameters of pressure-sw irl atomizer and simplif ied flow model, t he depth hb of t he conical liquid sheet at t he point of break-up can be obt ained throug h calculat ion, t hen Sauter mean diameter SM D can be determined from hb. T he results by t his method agree well w it h ex periment s and Jasuja' s relative ex periment al correlat ion. T he calculating m et hod in t his paper can be used t o preest im at e spray param et ers of pressure-sw irl at omizer.